SINKOKSID (ZNO): STRUKTUR, EGENSKAPER, BRUK, RISIKO - KJEMI - 2026

Den sinkoksyd er en uorganisk forbindelse med den kjemiske formel ZnO. Den er utelukkende sammensatt av Zn ²⁺ og O ^2- ioner i forholdet 1: 1; Imidlertid kan dets krystallinske gitter gi O ^2- ledighet , noe som gir opphav til strukturelle feil som kan endre fargene på syntetiske krystaller.

Det erverves kommersielt som et pulveraktig hvitt fast stoff (lavere bilde), som produseres direkte fra oksidasjon av metallisk sink ved den franske prosessen; eller utsetter sinkmalm for karbotermisk reduksjon, på en slik måte at deres damp deretter oksiderer og ender med å stivne.

Se glass med sinkoksid. Kilde: Adam Rędzikowski

Andre metoder for å fremstille ZnO består av å utfelle dets hydroksyd, Zn (OH) ₂ , fra vandige oppløsninger av sinksalter. På samme måte kan morfologisk varierte tynne filmer eller nanopartikler av ZnO syntetiseres ved hjelp av mer sofistikerte teknikker som kjemisk avsetning av damper.

Dette metalloksidet finnes i naturen som mineralzinkitten, hvis krystaller vanligvis er gule eller oransje på grunn av metalliske urenheter. ZnO-krystaller er preget av å være piezoelektriske, termokromiske, selvlysende, polare, og også ved å ha et veldig bredt energibånd i sine halvlederegenskaper.

Strukturelt sett er det isomorf til sinksulfid, ZnS, ved bruk av heksagonale og kubiske krystaller som ligner på henholdsvis wurzite og blende. I disse er det en viss kovalent karakter i interaksjonene mellom Zn ²⁺ og O ^2- , noe som forårsaker en heterogen fordeling av ladninger i ZnO-krystallen.

Studier av ZnOs egenskaper og bruksområder omfatter fysikk, elektronikk og biomedisin. Det enkleste og mest daglige bruksområdet blir ikke lagt merke til i sammensetningen av ansiktskremer og personlige hygieneprodukter, så vel som på solkrem.

Struktur

polymorfe

ZnO krystalliserer under normalt trykk og temperaturforhold i en sekskantet wurzittstruktur. I denne struktur, Zn ²⁺ og O- ^2- ioner er anordnet i vekslende lag, på en slik måte at hver og en ende opp omgitt av et tetraeder, med ZnO ₄ eller OZn ₄ , henholdsvis.

Ved å bruke en "mal" eller kubisk støtte, kan ZnO også lages til å krystallisere til en kubisk sinkblende-struktur; som, i likhet med wurzite, tilsvarer isomorfe strukturer (identiske i rom, men med forskjellige ioner) av sinksulfid, ZnS.

I tillegg til disse to strukturene (wurzite og blende), krystalliserer ZnO under høyt trykk (rundt 10 GPa) i bergsaltstrukturen, det samme som NaCl.

interaksjoner

Interaksjonene mellom Zn ²⁺ og O ^2- presenterer en viss karakter av kovalens, som det delvis er en kovalent Zn-O-binding for (begge atomer med sp ^3- hybridisering ), og på grunn av forvrengningen av tetraederen, manifesterer de et øyeblikk dipol som gir de ioniske attraksjonene til ZnO-krystaller.

Blende (venstre) og wurzite (høyre) struktur av ZnO. Kilde: Gabriel Bolívar.

Du har det øvre bildet for å visualisere tetraederen som er nevnt for ZnO-strukturene.

Forskjellen mellom blenda- og wurzittstrukturen ligger også i den sett ovenfra, ionene er ikke formørket. For eksempel i wurzite sees de hvite kulene (Zn ²⁺ ) rett over de røde kulene (O ^2- ). På den annen side, i den kubiske blende-strukturen er ikke dette tilfelle fordi det er tre lag: A, B og C i stedet for bare to.

Nanopartikkelmorfologi

Selv om ZnO-krystaller har en tendens til å ha sekskantede wurzittstrukturer, er morfologien til nanopartiklene deres en annen historie. Avhengig av parametrene og syntesemetodene kan disse ta så varierte former som blant annet stenger, plater, blader, kuler, blomster, belter, nåler.

Egenskaper

Fysisk utseende

Luktfri, hvitt pulveraktig fast stoff med en bitter smak. I naturen kan det bli funnet krystallisert, med metalliske urenheter, så som sink sink. Hvis slike krystaller er hvite, viser de termokromisme, noe som betyr at når de varmes opp, endrer de fargen: fra hvit til gul.

På samme måte kan dets syntetiske krystaller gi rødlige eller grønlige farger avhengig av deres støkiometriske oksygenkomposisjon; med andre ord, hull eller ledige stillinger forårsaket av mangel på O ^2- anioner påvirker direkte måten interaksjon med ioniske nettverk på.

Molmasse

81,406 g / mol

Smeltepunkt

1974 ° C. Ved denne temperaturen gjennomgår den termisk spaltning og frigjør sinkdamp og molekylært eller gassformig oksygen.

tetthet

5,1 g / cm ³

Vannløselighet

ZnO er praktisk talt uoppløselig i vann, noe som nesten ikke fører til løsninger med en konsentrasjon på 0,0004% ved 18 ° C.

Amphotericism

ZnO kan reagere med både syrer og baser. Når den reagerer med en syre i vandig løsning, øker dens løselighet ved å danne et løselig salt der Zn ²⁺ ender med å kompleksere med vannmolekyler: ²⁺ . For eksempel reagerer den med svovelsyre for å produsere sinksulfat:

ZnO + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ O

Tilsvarende reagerer den med fettsyrer for å danne deres respektive salter, slik som sinkstearat og palmitat.

Og når den reagerer med en base, i nærvær av vann, dannes sinksaltene:

ZnO + 2NaOH + H ₂ O → Na ₂

Varmekapasitet

40,3 J / K mol

Direkte energigap

3.3 eV. Denne verdien gjør det til en bredbånds halvleder, som kan operere under intense elektriske felt. Den har også kjennetegn ved å være en halvleder av n-typen, som ikke har blitt forklart hvorfor det er en ekstra tilførsel av elektroner i strukturen.

Dette oksydet kjennetegnes ved dets optiske, akustiske og elektroniske egenskaper, takket være det anses som en kandidat for potensielle anvendelser relatert til utvikling av optoelektroniske enheter (sensorer, laserdioder, solcelleanlegg). Årsaken til slike egenskaper er utenfor fysikkens rike.

applikasjoner

medisinsk

Sinkoksid har blitt brukt som tilsetningsstoff i mange hvite kremer for å behandle hudirritasjoner, kvisesår, dermatitt, skrubbsår og sprekker. I dette området er bruken populær for å lindre irritasjon forårsaket av bleier på huden til babyer.

På samme måte er det en del av solkremer, fordi det sammen med titandioksid-nanopartikler, TiO ₂ , hjelper til med å blokkere solens ultrafiolette stråling. På samme måte fungerer det som et fortykningsmiddel, og det er grunnen til at det finnes i bestemt lysmasse, lotions, emaljer, pulver og såper.

På den annen side er ZnO en kilde til sink som brukes i kosttilskudd og vitaminprodukter, så vel som i korn.

antibakteriell

I henhold til morfologien til dets nanopartikler kan ZnO aktiveres under ultrafiolett stråling for å generere hydrogenperoksider eller reaktive arter som svekker cellemembranene til mikroorganismer.

Når dette skjer, furer de gjenværende ZnO-nanopartiklene cytoplasmaet og begynner å samhandle med kompendiet til biomolekyler som utgjør cellen, noe som resulterer i deres apoptose.

Det er derfor ikke alle nanopartikler kan brukes i solkremskomposisjoner, men bare de som mangler antibakteriell aktivitet.

Produkter med denne typen ZnO er designet, belagt med oppløselige polymermaterialer, for å behandle infeksjoner, sår, magesår, bakterier og til og med diabetes.

Pigmenter og belegg

Pigmentet kjent som hvitt sink er ZnO, som tilsettes forskjellige malinger og belegg for å beskytte metalloverflater der de påføres mot korrosjon. For eksempel brukes belegg med tilsatt ZnO for å beskytte galvanisert jern.

På den annen side har disse beleggene også blitt brukt på vindusglass for å forhindre at varme trenger inn (hvis det er utenfor) eller kommer inn (hvis det er inne). På samme måte beskytter det noen polymere og tekstilmaterialer mot forringelse på grunn av virkningen av solstråling og varme.

Bioimages

Luminescensen til ZnO-nanopartiklene er blitt studert for bruk i bioimaging, og studerer dermed de indre strukturene i celler ved hjelp av de blå, grønne eller oransje lysene som utstråler.

Tilsetningsstoff

ZnO finner også bruk som tilsetningsstoff i gummi, sement, tannpleiemidler, glass og keramikk, på grunn av dets lavere smeltepunkt, og derfor oppfører seg som et flytende middel.

Hydrogensulfidfjerner

ZnO fjerner de ubehagelige gassene fra H ₂ S, og hjelper til med å avsvovle noen gassgasser:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

risiko

Sinkoksid er som sådan en giftfri og ufarlig forbindelse, så forsvarlig håndtering av det faste stoffet representerer ikke noen risiko.

Problemet ligger imidlertid i røyken, fordi selv om den brytes ned ved høye temperaturer, ender sinkdampene opp med å forurense lungene og forårsaker en slags "metallfeber". Denne sykdommen er preget av symptomer på hoste, feber, en følelse av tetthet i brystet og en konstant metallisk smak i munnen.

Det er heller ikke kreftfremkallende, og kremer som inneholder det, har ikke vist seg å øke absorpsjonen av sink i huden, så ZnO-baserte solkremer anses som sikre; med mindre det er allergiske reaksjoner, i så fall bør bruken stoppes.

Når det gjelder visse nanopartikler designet for å bekjempe bakterier, kan disse ha negative effekter hvis de ikke blir transportert riktig til deres virkningssted.

referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Sinkoksid. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
3. Hadis Morkoç og Ümit Özgur. (2009). Zink Oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology. . Gjenopprettet fra: application.wiley-vch.de
4. Parihar, M. Raja og R. Paulose. (2018). En kort gjennomgang av strukturelle, elektriske og elektrokjemiske egenskaper til sinkoksid-nanopartikler. . Gjenopprettet fra: ipme.ru
5. A. Rodnyi og IV Khodyuk. (2011). Optiske og luminescensegenskaper ved sinkoksid. Gjenopprettet fra: arxiv.org
6. Siddiqi, KS, Ur Rahman, A., Tajuddin, & Husen, A. (2018). Egenskaper ved sinkoksid-nanopartikler og deres aktivitet mot mikrober. Nanoskala forskningsbrev, 13 (1), 141. doi: 10.1186 / s11671-018-2532-3
7. ChemicalSafetyFacts. (2019). Sinkoksid. Gjenvunnet fra: chemicalafetyfacts.org
8. Jinhuan Jiang, Jiang Pi og Jiye Cai. (2018). Fremme av sinkoksid-nanopartikler for biomedisinske anvendelser. Bioorganisk kjemi og applikasjoner, vol. 2018, artikkel-ID 1062562, 18 sider. doi.org/10.1155/2018/1062562